【摘要】水利工程的三维可视化已经成为水利工程建设中的重要一环，水利工程三维可视化的实现为管理者、决策者、施工者都提供了重要的帮助，为水利工程的建设、维护、调度提供了有力的工具和条件。本文主要探讨了三维可视化技术在水利水电工程中的应用。
【关键词】水利工程；三维可视化仿真技术；应用
一、前言
三维可视化技术是计算机可视化技术与水利水电工程系统相结合产生的一种仿真体， 它能有效的显现出数据的精准，其实质是通过图形、图像的方式对仿真计算过程的追踪与结果的处理，使用三维可视化技术的优越性不但可以节省劳动者的劳动强度，缩短周期，更能有效的为水利水电工程人员提供一个快捷的数字化平台，有效的提高工程建设的工作效率。
传统的水利施工工程大多数是依靠设计图纸、二维平面图来进行施工控制、整体规划，这很难让其它非技术的相关人员有一个直观清晰的认识，管理者也不容易实现对全局工程实施正确有效的管理控制。基于上述原因，加之计算机强有力的计算功能和高效的图形处理能力，三维仿真技术在水利工程方面的应用越来越普遍。在水利工程中应用三维仿真技术，将施工建筑、地理环境、人员配置、危险程度等进行真实模拟，可以浏览工程的整体场景，更加直观的、智能的辅助设计人员进行过程设计与分析，根据不同施工方案得到仿真结果，通过对仿真结果的评估和研究，选择最有效、最安全、最有力的方案运用到施工实践当中。
二、水利工程的三维可视化技术的内容
一般包括设计条件可视化，包括地质，地形，枢纽布置及施工条件等的可视化；设计建模可视化；计算分析过程可视化；成果设计可视化，也就是三维真实感图形显示及空间数据的图表，文挡输出等。三维仿真系统的实现可以帮助用户快速优化施工方案，降低成本，节省开销，施工可靠性增强，达到更高的工作效率。
三、可视化技术在水利工程中的应用
3.1 三维空间数据模型
水利水电工程施工场地、建筑物布置、环境是水利水电工程的可视化仿真所要研究的静态信息，并且对一些地形填挖动态的施工逻辑关系也要及时的反映出来。因此，要能够充分反应各工程对象的属性特点以及对以后数据的管理和操作，就必须要研究出可达到实现系统高效显示和快速分析的空间数据结构和有效的建模手段。地物模型和地形模型共同组成了水利水电工程的三维模型。而在设计制作整体工程的虚拟漫游动画时候，可以借助水利水电工程三维模型，通过利用3DSMax来实现。这样以后在对可视化分析和评价，以及了解未来工程的具体形象，如检验设计是否得当、枢纽布置是否合理等等的时候能够有一个比较直观的认识。
3.1.1 地形模型
能够反映整个工程施工场地的地貌、地形的模型被称为数字地形模型。它是所有工程建筑物以及地形动态填挖所布置的场所和受体。可以通过不规则的三角网模型来对地形表面进行描述，英文简称为TIN 。按照不同的地形点规则构成的不相交的三角形被称作 TIN 模型。它比较适用于能够表现地形高程变化的山区。一般来说，为了能够建立水利水电工程较为复杂的地表TDM ，通常都采用TIN模型，同时，利用Delaunay三角形部分算法再结合这地形高等线的数据也可以制作成TIN模型，并且由于高线数据过于密集，应在刚形成TIN 的时候及时的消除细小且狭长的三角形，然后在进行一定程度的内插细化，形成高度的 DTM。
主体工程建筑物、相关土建工程建筑物、附属工程建筑物、植被等是大型水利水电工程中地物实体的组成部分。而泄水建筑物、大坝、截流围堰、电站厂房、地下洞室、以及其他附属设施等工程是工程建筑物的组成部分。这些在空间位置等信息都属于静态空间数据模型。因此，在建立三维可视化数字模型的时候，要把不同的建模技术运用到不同的建筑物类型当中。
（1）参数化实体建模方法。 根据一定的几何参数来制定一系列的约束方程是此方法的思想内容。最后在确定图素的形状以及位置间的组合关系时，要根据这些约束方程式来进行求解。如果周围的一些图素发生变化时，由于它与所有的设计对象想关联，因此系统会自动的依据它与其他图素之间的约束条件来更新整个图像。适用于进水塔、围堰、 溢洪道等。
（2）特征建模方法。首先要在系统内部预先形成特征分类是这一方法的前提。然后根据用户所需的特征类型，在设计过程中添加位置约束，以此进行约束模型的建立。如果这种方法运用到水利水电工程中，可以对具有三维数字化的导流洞、放空洞进行建模。适用于导流洞、泄洪洞、放空洞等水利枢纽建筑物。
3. 2 三维人机交互技术
3.2.1 与数据的交互
通过人机交互界面，操作人员可以根据实际需要设置数据的计算方式、范围以及对数据进行片段截取等操作。例如在通过图像对动态数据进行演示的过程中，可根据需要设置演示的时间段，从而防止浪费时间在不需要的动画片段上。
3.2.2 与图形的交互
操作人员可以通过人机交互界面对平面或者立体图形进行平移、旋转、放大等操作以方便从不同的角度、不同的倍率来观察工程细节情况，便于及时发现设计及施工中存在的问题以及提出创造性意见。
3.2.3 与可视化参数的交互
操作人员可根据自己喜好或者现实情况来改变可视化参数， 比如光照强度、 光照方向、 视角、对比度、颜色误差等，从而得到更好的可视化效果。
3.3 施工过程中的三维模拟技术
利用已建的三维模型可以对水利水电工程施工进行模拟。如果想更加直接的表现出施工的工艺和方法，分析其方案的合理性，可以利用三维软件来对施工方案的整体进度进行三维动画模拟。
生动逼真、对硬件的要求不高是三维动画的特点。3DMax想要完成动画关键帧设置也不难，只需记录不同帧所要做的不同操作，然后再把动画记录按钮打开即可。把布尔运算记录为动画以及记录材质贴图的变化达到动画的目的，都是制作施工过程三维动画模拟的方法。
四、水利工程中可视化仿真系统的构建
4. 1 数据管理模块
数据管理模块主要是建立空间数据库并管理其中的数据，通过对空间数据的基础空间信息进行收集、整理，将其集合到数据库中，并根据地面对象随时间的变化及时更新数据库信息，为可视化仿真系统的建立和运行提供基础。
4. 2 图形显示模块
对空间数据库中每种空间对象进行分析，根据其自身的特征自动采取适合的图形绘制和造型技术，将数据通过图形或图像的方式反映出来，其中图形可以是二维，也可以是三维。
4. 3 图形操作模块
对显示出来的图形进行修改和补充，使其在空间上更为合理，在形态上更加符合建筑学思想，另外通过人机交互还可调整各项参数，如水系、境界、植被符号的自定义和填充，光学属性（颜色、透明度）的修改和调整等，并且能够将操作结果保存到数据库中，或者根据不同的选中设备，向不同的输出设备（显示器、绘图仪、打印机和文件等）输出图形。
4. 4 图形分析模块
系统可自动计算某特定区域或建筑物的参数，并将其反映在计算机屏幕上，并且通过建立可视化的实时人机交互平台，方便技术人员分析，并随时模拟施工过程， 在此过程中， 系统可通过分析给出相应的参考意见，以便技术人员更好地进行相应工作。
五、结语
三维可视化技术在水利工程建设行业中具有广阔的应用前景，它为水利工程勘测、规划、设计、施工及运行管理提供了一个全新的研究平台，具有安全、经济、可控、便于观察、便于参与、实用、无破坏性、可多次重复、整体性等特点，该技术可以为水利工程施工组织设计与管理提供了迅速全面的信息支持和有力的分析工具，是辅助水利工程施工管理的有力工具。
